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牛蒡寡糖的制备与结构分析及其对植物生长和抗病性的研究

郝林华

  牛蒡(Arctium lappa L.)是菊科二年生大型草本植物,也是一种耐盐植物,可在中度盐土地上种植,目前在我国已实现大面积的人工栽培。牛蒡自身含多种次生代谢物质,病虫害很少侵染,是较好的药食同源植物。目前,牛蒡的经济价值主要体现在牛蒡根作为一种出口的新、特蔬菜,但国际市场对出口牛蒡规格要求较高,造成等外根(次品)牛蒡资源的浪费。牛蒡的肉质根含有丰富的菊糖,可以用来提取。本研究利用等外牛蒡根为原料,研究牛蒡寡糖(或称菊糖)的提取分离技术,并对牛蒡寡糖的分子结构进行确定;研究牛蒡寡糖对双歧杆菌体外生长的促进作用;并以黄瓜为模式植物,对牛蒡寡糖对植物生长和生理生化特性的影响以及对植物抗病性的诱导效应进行比较系统的研究,并从诱导防御酶活性的角度阐述其诱导抗性的作用机制;另外,还以番茄为模式植物,初步探讨牛蒡寡糖对植物挥发性物质的诱导效应;以期为牛蒡寡糖作为植物生长调节剂和抗病诱导子发挥作用提供科学依据,为提高耐盐植物牛蒡的综合经济效益和滨海盐土地上大规模种植牛蒡提供技术支撑,为开辟果寡糖在农业上应用的新途径提供理论依据。研究结果总结如下。1 牛蒡寡糖的制备与结构分析 以等外牛蒡根为原料,通过正交试验确定牛蒡寡糖热水浸提工序的最佳提取条件为:固液比1:10、提取时间90min、提取温度70℃、重复提取2次,寡糖的提取得率可达16%左右。对牛蒡寡糖的脱色、脱蛋白方法进行对比,表明采用树脂吸附法脱色和木瓜蛋白酶-Seveage法脱蛋白效果较好。牛蒡寡糖的提取液以加入4倍体积的95%乙醇或者3倍体积的无水乙醇进行醇析,使体系中乙醇的终浓度达到75%左右为最宜。牛蒡寡糖粗品(BOS-1)经Sephadex G-50葡聚糖凝胶柱层析分离纯化后,得到纯品(BOS-2),得率为77.12%。经苯酚硫酸法测定BOS.1中寡糖含量可达90%,BOS-2中寡糖含量可达98%。对BOS-2的组成和结构分析表明,样品的纯度较高,为均一性的糖,分子量为2 134Da,是由12个呋喃型的果糖以β(2→1)糖苷键相连,末端1个吡喃型的葡萄糖以α(1→2)牛劳寡糖的制备与结构分析及其对植物生长和抗病性的研究糖昔键连接在果糖上的线性直链结构,是一种聚合度为13的菊糖构型的低聚果糖。2牛劳寡糖对双歧杆菌体外生长的促进作用采用平板菌落计数法和比浊法探讨牛芬寡糖对双歧杆菌体外生长的促进作用效果。结果表明,牛劳寡糖对双歧杆菌有增殖作用,优于以葡萄糖为碳源时的作用效果。牛芬寡糖作为双歧杆菌培养基的碳源要有适宜的浓度,以添加0.5%一1.0%为最佳浓度。过高浓度的寡糖对双歧杆菌生长反有抑制作用,过低浓度的促进效果又不明显。3牛芬寡糖对黄瓜幼苗生长和生理生化特性的影响以黄瓜为模式植物,采用牛劳寡糖浸种、溶液培养和叶面喷施三种处理方式,研究牛芬寡糖对不同苗期黄瓜幼苗生长的影响。结果表明,适量浓度(最适为5.omg/ml,其次是3.omg/ml和8.omg/ml)的牛芬寡糖能在不同程度上促进黄瓜幼苗的生长,并增强幼苗的素质,促进壮苗的形成。主要表现在可显著地提高种子的发芽率,增加植株高度和茎的粗度,增加单株幼苗的鲜重和干重,增加地上部千重和地下部干重(根干重),综合提高壮苗指数。另外,牛芬寡糖对黄瓜幼苗根系生长的促进作用大于对地上部生长的促进作用,表现在幼苗的根长增加、根部增粗、侧根数增多,促进了幼苗根系发育,有利于壮苗和生长。采用牛劳寡糖叶面喷施的处理方式,研究牛芬寡糖对黄瓜幼苗生理生化特性的影响。结果表明,适量浓度的牛芬寡糖对黄瓜幼苗生理活动具有调节作用,可提高植株体的生理活动效率、保护细胞膜系统。最适处理浓度为5.omg/m1,其次是3.omg/m1和8.Omg/m1。主要体现在可显著地增加黄瓜幼苗叶片的叶绿素a含量、叶绿素力含量、叶绿素总含量,尤其是叶绿素a含量提高幅度较大,有利于植株光合作用的进行,生成更丰富的碳水化合物供植株生长期利用;可在一定程度上提高黄瓜幼苗叶片光合作用PSn反应中心的光化学效率,降低细胞膜相对透性,对黄瓜幼苗细胞膜具有一定的保护作用;能显著地提高黄瓜幼苗体内游离脯氨酸含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量,从而起到稳定细胞膜结构、调节渗透势、积累营养物质并增强植物抗性的作用。4牛芬寡糖及其协同钦对黄瓜抗白粉病的诱导效应以黄瓜为模式植物,研究牛芬寡糖及其协同钦对黄瓜幼苗抗白粉病的诱导效应。结果表明,以5.omg/ml的牛劳寡糖诱导黄瓜幼苗第1真叶后,黄瓜植株的第1、2真叶对白粉病原菌均产生抗性,且对未经诱导的同株第2真叶的诱导效果好于对第1真叶的效果。说明牛劳寡牛劳寡糖的制备与结构分析及其对植物生长和抗病性的研究糖诱导了黄瓜幼苗对白粉病的系统抗性。以5.omg/ml的牛芬寡糖诱导或5.omg/ml的牛芬寡糖一15ug/mL的Nd困。3)3协同诱导黄瓜幼苗3d后接种白粉病菌,比未诱导直接接种的黄瓜幼苗感染白粉病的时间延迟,受侵染的植株少,病情指数明显降低,防效非常显著,高达64.38%和69.23%。另外,牛芬寡糖处理或牛芬寡糖协同钦处理对已经接种白粉病菌的黄瓜幼苗也有一定的防治效?……